第2章 第3节 第2课时 苯的同系物-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第2课时　苯的同系物 学习目标 素养解读 1.认识苯的同系物的组成和结构特点，了解常见苯的同系物的物理性质。 2．能基于化学键的特点与反应规律分析和推断苯的同系物的化学性质，能通过对比、类比等方法，举例说明有机化合物中官能团之间的相互影响。 3．结合生产、生活实际了解芳香烃对环境和健康可能产生的影响，关注有机化合物的安全使用 1.深入理解芳香烃的化学性质与分子结构之间的关系，领悟“结构决定性质”的重要观念，对芳香烃的同分异构现象进行深入理解， 发展学生宏观辨识与微观探析的学科核心素养。 2．对比苯和甲苯在结构上的相同点和不同点，认识甲苯中甲基与苯环间的相互作用导致化学键的极性发生变化，落实证据推理与模型认知的学科核心素养 任务一　苯的同系物 【情境诱思】 向分别盛有苯和甲苯的试管中滴加溴水，用力振荡试管，静置，观察到的现象是什么？为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：两试管中液体分层，上层为橙红色，下层无色；苯和甲苯都不与溴水反应但能萃取溴水中的溴，且密度都比水小。 1．概念 苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物称为苯的同系物，其通式为CnH2n－6(n≥7)。 2．物理性质 无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。 3．常见的苯的同系物 分子式C8H10对应的苯的同系物： 结构简式 名称 乙苯 邻二甲苯(1，2­二甲苯) 间二甲苯(1，3­二甲苯) 对二甲苯(1，4­二甲苯) 4.化学性质(以甲苯为例) (1)氧化反应 ①甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，这是由于甲苯上的甲基被酸性KMnO4氧化。 ②燃烧 通式为CnH2n－6＋O2nCO2＋(n-3)H2O。 (2)取代反应 ①甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下发生反应可生成2，4，6­三硝基甲苯，化学方程式为 。 2，4，6­三硝基甲苯又叫梯恩梯(TNT)，是一种淡黄色晶体，不溶于水，是一种烈性炸药。 ②卤代 条件 化学方程式 催化 (邻位取代，还可能发生对位取代) 光照 (3)加成反应 在一定条件下甲苯与H2发生加成反应，生成甲基环己烷，化学反应方程式为。 【易错辨析】 (1)含有苯环的有机物均为芳香族化合物。(√) (2)C6H5—CH===CH2属于苯的同系物。(×) (3)甲苯和苯互为同系物，都不能与溴水发生加成反应，不能使酸性KMnO4溶液褪色。(×) (4)可用酸性高锰酸钾溶液区别甲苯与环己烷。(√) (5)是同一种物质，说明苯分子中碳碳双键、碳碳单键交替排列(×) (6)甲苯能使溴水层褪色的原因是溴与苯环发生了取代反应。(×) 问题1：萘()属于苯的同系物吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：萘中含有两个苯环，与苯结构不相似，所以二者不属于同系物。苯的同系物只含有一个苯环，支链必须是烷基。 问题2：在FeBr3催化下，甲苯与溴发生取代反应可以生成一溴代甲苯，请写出该反应的主要有机产物的结构简式，并从化学键和官能团的角度分析反应中有机化合物的变化。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：。由于甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化，导致邻、对位上的C—H更易断裂，从而更容易发生溴代反应。 【要点归纳】 1．烷基与苯环的互相影响 烷基对苯环有影响，能使苯环上的烷基的邻、对位H原子活性增强，所以苯的同系物比苯易发生取代反应；苯环对烷基也有影响，能使烷基变活泼，所以苯环上的甲基能被酸性KMnO4溶液氧化。 2．苯的同系物被酸性KMnO4溶液氧化的规律 (1)苯的同系物或芳香烃侧链为烃基时，不管烃基碳原子数为多少，只要直接与苯环相连的碳原子上有氢原子，均能被酸性KMnO4氧化为羧基，且羧基直接与苯环相连。 (2)并不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色，如就不能，原因是与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子。 3．各类烃的性质比较 试剂 Br2 溴水 溴的四氯 化碳溶液 酸性高锰 酸钾溶液 烷烃 与溴蒸气在光照条件下发生取代反应 不反应，液态烷烃因与溴水发生萃取而使溴水层褪色 不反应， 互溶， 不褪色 不反应 烯烃 常温下发生加成反应而褪色 氧化褪色 炔烃 苯 一般不反应，催化条件下可发生取代反应 不反应，因发生萃取而使溴水层褪色 不反应， 互溶， 不褪色 不反应 苯的同系物 一般不反应，光照条件下发生侧链上的取代，催化条件下发生苯环上的取代 不反应，因发生萃取而使溴水层褪色 不反应， 互溶， 不褪色 氧化褪色 【典例分析】 【典例1】 甲苯的转化关系如图所示(部分产物未标出)。下列说法正确的是(　　) A．反应①的主要产物是 B．反应②说明甲基使苯环上的氢原子易被取代 C．反应③的两种物质刚混合时分层，上层呈紫红色 D．反应④的产物属于芳香烃 解析：选B。由图可知，反应①为光照下进行取代，氯原子取代甲基上的氢原子，A错误；甲苯的密度小于高锰酸钾溶液，刚混合时分层，下层呈紫红色，C错误；由图可知，反应④的产物为甲基环己烷，不含有苯环，不属于芳香烃，D错误。 【对点练】 1.(2024·浙江杭州期中)甲苯中加入少量紫红色的酸性高锰酸钾溶液，振荡后褪色。下列说法正确的是(　　) A．甲苯使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明甲苯是不饱和烃 B．甲基影响苯环，酸性高锰酸钾溶液破坏不饱和键 C．甲苯催化高锰酸钾在酸性溶液中分解为无色物质 D．甲苯()与异丙苯()均能使酸性高锰酸钾溶液褪色，且互称为同系物 解析：选D。甲苯使酸性高锰酸钾溶液褪色，是由于甲苯与高锰酸钾发生氧化还原反应生成苯甲酸，苯环影响了甲基，甲基被氧化，高锰酸钾被还原为锰离子，A、B、C错误。 2．下列实验事实中，能说明苯环上的取代基对苯环的性质造成影响的是(　　) A．甲苯使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．甲苯和浓硝酸反应生成2，4，6­三硝基甲苯 C．甲苯与氯气在光照条件下生成 D．甲苯和氢气加成生成甲基环己烷 解析：选B。烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而甲苯被酸性高锰酸钾溶液氧化时，氧化的位置是甲基，故体现出苯环使甲基活化，A错误；甲苯和浓硝酸发生取代反应，侧链对苯环有影响，使得苯环变得活跃，甲苯硝化生成2，4，6­三硝基甲苯，能说明苯环上的取代基对苯环的性质造成影响，B正确；甲苯与氯气在光照条件下发生取代反应，取代在甲基上，故不能说明苯环上的取代基对苯环的性质造成影响，C错误；甲苯中苯环含有不饱和键，能与氢气发生加成反应，故不能说明苯环上的取代基对苯环的性质造成影响，D错误。 任务二　苯的同系物的同分异构体的书写及数目判断 【要点培优】 以苯环为主的同分异构体书写 侧链取代 基的个数 同分异构体的判断方法 一个 取代基 把苯环看作取代基，先写侧链的碳骨架异构，再加取代基。如可能的结构共四种： 两个 取代基 利用“等效氢”法。例如甲苯和乙苯在苯环上的一卤代物分别都有三种(邻、间、对)： 三个取代基 三个取 代基相同 先固定两个取代基，即邻、间、对三种，再加另一个，从第一个开始书写，去掉重复的即可。例如三甲苯： A中三种，B中两种均和A重复，C中一种也和A中重复，所以共三种 两个相同，一个不同 先固定两个相同的取代基，即邻、间、对三种，再加另一个，从第一个开始书写，去掉重复的即可。 例如二氯一溴苯可能的结构共有2＋3＋1＝6种。 三个取代基完全不同 方法一样，这时间位和邻位四种位置完全不一样，对位两种，共十种 [思考]C8H10属于苯的同系物的一溴代物种数的判断。 结构简式 烃基上一 溴代物 苯环上的 一溴代物 一溴 代物 乙苯 2 3 5 邻二 甲苯 1 2 3 间二 甲苯 1 3 4 对二 甲苯 1 1 2 【典例分析】 【典例2】 某烃的分子式为C10H14，它不能因化学反应而使溴水褪色，可使酸性KMnO4溶液褪色，符合上述条件的烃有(不考虑立体异构)(　　) A．19种 B．20种 C．21种 D．22种 解析：选C。该烃不能使溴水褪色，可使酸性KMnO4溶液褪色，可判断该烃为苯的同系物。如果苯环上是1个取代基，则为丁基，—CH2—CH2—CH2—CH3或—CH(CH3)CH2—CH3或—CH2—CH(CH3)2或—C(CH3)3，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的苯的同系物中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，故—C(CH3)3不符合，共3种；若苯环上是2个取代基，可能一个是甲基，另一个为正丙基(—CH2—CH2—CH3)或异丙基()，而两个烷基在苯环上有邻、间、对三种位置，共6种；若苯环上是2个取代基，两个都是乙基，两个取代基的关系是邻、间、对三种位置，共3种；若苯环上是3个取代基，则两个是甲基，一个是乙基，共有6种；若苯环上是4个取代基，则是4个甲基，共有3种，故总共是3＋6＋3＋6＋3＝21种。 【对点练】 3.有机物含有三个侧链的可能的结构种数有(不考虑立体异构)(　　) A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 解析：选C。有机物含有三个侧链的可能的结构有、，共三种结构。 4．已知有10种二氯取代物，则其六氯取代物有(　　) A．6种 B．8种 C．10种 D．12种 解析：选C。分子中共有8个氢原子，二氯取代物有10种，利用换元法可知其六氯取代物有10种。 [点拨]换元法确定同分异构体数目 若烃中含有a个氢原子，则其n元取代物和(a－n)元取代物的同分异构体数目相同。 如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体：，则四氯苯也有3种同分异构体。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列物质属于苯的同系物的是(　　) A．③④ B．②⑤ C．①②⑤⑥ D．②⑤⑥ 解析：选B。②⑤分子中只含有一个苯环，侧链为饱和的烷基，属于苯的同系物；①是苯酚，不是芳香烃，不是苯的同系物；③是硝基类化合物，不是芳香烃，也不是苯的同系物；④是萘，是芳香烃，但不是苯的同系物；⑥是苯乙烯，是芳香烃，但不是苯的同系物。 2．工业上可由乙苯生产苯乙烯： ＋H2 下列说法正确的是(　　) A．该反应的类型为加成反应 B．苯乙烯和乙苯互为同系物 C．乙苯分子内所有原子可能在同一平面内 D．可用溴的CCl4溶液鉴别乙苯和苯乙烯 解析：选D。该反应属于消去反应，不属于加成反应，A错误；苯乙烯和乙苯官能团不同，结构不相似，且没有相差若干个CH2，不属于同系物，B错误；乙苯分子内含有甲基，不可能所有原子共面，C错误；乙苯不与溴的CCl4溶液反应而苯乙烯可以与溴发生加成反应从而使其褪色，D正确。 3．向苯的同系物乙苯中加入少量的酸性高锰酸钾溶液，振荡后褪色；而向苯中加入酸性高锰酸钾溶液或把乙烷通入酸性高锰酸钾溶液中，溶液均不褪色，下列解释正确的是(　　) A．苯的同系物分子中的碳原子数比苯分子中的碳原子数多 B．苯环受侧链的影响易被氧化 C．侧链受苯环的影响易被氧化 D．由于苯环和侧链之间的影响均易被氧化 解析：选C。向苯中加入酸性高锰酸钾溶液或把乙烷通入酸性高锰酸钾溶液中，溶液均不褪色，说明苯、乙烷不能被氧化，而苯的同系物中被氧化的部分是侧链：，比较乙烷和乙苯的结构，可以看出差别在于乙苯中多了苯环，所以是由于苯环的存在，影响了烷基的活性，使烷基易被氧化。 4．苯及苯的同系物如甲苯、二甲苯等都是重要化工原料，若与苯环相连的碳原子上连有氢原子，则该侧链可以被酸性高锰酸钾氧化成芳香酸。例如：。PX即对二甲苯()，下列关于PX的叙述不正确的是(　　) A．PX的化学式为C8H10，其一氯代物有2种 B．PX能使酸性高锰酸钾溶液褪色，是苯的同系物 C．PX的二溴代物有6种同分异构体 D．PX不溶于水，密度比水小 解析：选C。根据“定一移一”方法可判断，的二溴代物有7种同分异构体，C错误；苯的同系物与苯的性质相似，苯不溶于水，密度比水小，所以PX不溶于水，密度比水小，D正确。 5．芳香族化合物A是一种基本化工原料，可以从煤和石油中得到。A、B、C、D、E的转化关系如图所示： 请回答下列问题： (1)A→E的反应类型是__________。鉴别A和E可选择的试剂为____________。 (2)A的二氯代物有________种。 (3)在A→B反应的副产物中，与B互为同分异构体的副产物的结构简式为________。 (4)A→C的化学方程式为___________________________________(任写一个)。 (5)A与酸性KMnO4溶液反应可得到D，写出D的结构简式________________。 解析：A的分子式为C8H10，A和溴在光照条件下生成B，可知A为，A和溴在催化剂条件下发生取代反应生成的C为，由D的分子式可知，被酸性高锰酸钾氧化生成的D为，由E的分子式可知，与氢气发生加成反应(或还原反应)生成的E为。 (2)A的结构简式为，其二氯代物中，2个氯原子可以取代同一甲基上的氢原子，也可以取代不同甲基中的氢原子；可以是1个氯原子取代甲基上的氢原子、另一个氯原子取代苯环上的氢原子，有4种情况；还可以是2个氯原子均取代苯环上的氢原子，有如图所示4种结构：，故A的二氯代物共有2＋4＋4＝10种。(3)在A→B反应的副产物中，由B的结构和反应条件可知，光照条件下，取代只能在侧链上。 答案：(1)加成反应　酸性高锰酸钾溶液　(2)10　(3) (4)＋HBr↑(或其他合理答案) (5) 学科网（北京）股份有限公司 $$